JP2010517789A - Method for refractory assembly of carbon material and copper alloy - Google Patents

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Abstract

本発明は、多孔質炭素材料から成る少なくとも1つの部材と、銅リッチ金属材料から成る少なくとも1つの部材とをアセンブルする方法、及び該方法を実施するのに使用される合金ペーストに関する。本発明による方法は、多孔質炭素材料から成る少なくとも1つの部材と、銅リッチ金属材料から成る少なくとも1つの部材とをアセンブルするために、式I CuSi(式中、x及びyは、25≦x≦60、40≦y≦75及びx+y≧95%である)を有する、銅及びケイ素をベースとした合金の使用を含む工程を含む。本発明は熱工学分野における使用に特に適している。
【選択図】なし
The present invention relates to a method of assembling at least one member made of a porous carbon material and at least one member made of a copper-rich metal material, and an alloy paste used for carrying out the method. In order to assemble at least one member composed of a porous carbon material and at least one member composed of a copper-rich metal material, the method according to the present invention can be represented by the formula I Cu x Si y , where x and y are Including the use of copper and silicon based alloys with 25 ≦ x ≦ 60, 40 ≦ y ≦ 75 and x + y ≧ 95%. The invention is particularly suitable for use in the field of thermal engineering.
[Selection figure] None

Description

本発明は、多孔質炭素系材料から成る少なくとも1つの部材と、銅リッチ(copper-rich)金属材料から成る少なくとも1つの部材とをアセンブルする方法、及び該方法を実施するための合金ペーストに関する。   The present invention relates to a method of assembling at least one member made of a porous carbon-based material and at least one member made of a copper-rich metal material, and an alloy paste for carrying out the method.

耐火性アセンブリと称するアセンブリは、500℃を超える使用温度を有する部材のアセンブリである。   An assembly referred to as a refractory assembly is an assembly of components having a service temperature in excess of 500 ° C.

これらのアセンブリは熱工学分野において大変興味深いものである。それらは10MW/m〜20MW/mの高エネルギー交換密度を有するため、熱交換器部品の製造において使用することができる。(高耐火性である)「炭素系材料側面」上で非常に高い出力を用いてエネルギーが生成される一方、例えば、冷却剤を循環させることによる冷却等のアクティブ冷却システムによって(低耐火性である)「銅側面」上で熱を回収する。 These assemblies are very interesting in the thermal engineering field. They order to have a high energy exchange density of 10MW / m 2 ~20MW / m 2 , can be used in the manufacture of the heat exchanger components. Energy is generated with very high power on the “carbon-based material side” (which is highly fire resistant), while active cooling systems such as cooling by circulating coolant (with low fire resistance) Heat is recovered on the “copper side”.

このため、この種のアセンブリでは、該アセンブリを構成する種々の部材間における非常に良好な熱交換、及び非常に良好な機械的固着の両方を保証することが重要である。   For this reason, in this type of assembly it is important to ensure both a very good heat exchange between the various members making up the assembly and a very good mechanical bond.

これらのアセンブリは概して、多孔質炭素系材料から成る部材と共に銅リッチ材料から成る部材を備えるアセンブリである。   These assemblies are generally assemblies comprising a member made of a copper-rich material together with a member made of a porous carbon-based material.

本発明において、用語「多孔質炭素系材料」とは、少なくとも50wt%の炭素、好ましくは80wt%を超える炭素を含む材料、及び最も好ましくは100%の炭素から成る材料を意味すると理解される。   In the context of the present invention, the term “porous carbon-based material” is understood to mean a material comprising at least 50 wt% carbon, preferably more than 80 wt% carbon, and most preferably 100% carbon.

この種の材料は、グラファイト、グラッシーカーボン、炭素系マトリクス中のカーボンファイバから成る複合材等であり得る。   This type of material can be graphite, glassy carbon, a composite made of carbon fibers in a carbon-based matrix, and the like.

同様に、表現「銅リッチ金属材料」とは、本発明において、少なくとも50wt%の銅を含む材料、好ましくは80wt%を超える銅を含む材料、及びより好ましくは純粋な銅を意味すると理解される。   Similarly, the expression “copper rich metal material” is understood in the present invention to mean a material containing at least 50 wt% copper, preferably more than 80 wt% copper, and more preferably pure copper. .

最後に、用語「多孔質材料」とは、対象とされる材料の5体積%より大きく50体積%より小さい開孔率を有する材料を意味すると理解される。   Finally, the term “porous material” is understood to mean a material having an open area greater than 5% and less than 50% by volume of the material of interest.

この種のアセンブリを製造するために、有機接着剤を用いて2つの部材を共に結合させるアセンブリ方法が提案されている。しかしながら、このような種類のアセンブリの使用温度は最高でも200℃を超えることは決してなく、このため、耐火性アセンブリとしては不適切である。   In order to manufacture this type of assembly, an assembly method has been proposed in which two members are bonded together using an organic adhesive. However, the service temperature of these types of assemblies never exceeds 200 ° C., which makes them unsuitable as refractory assemblies.

ステープリング、ねじ留め、インターロック又はリベット打ちによる純粋に機械的な方法によってアセンブリを製造することも提案されている。しかしながら、これらのアセンブリは、2つの部材間の部分的で且つランダムな接触により、かなり低い熱伝達しかもたらさない。   It has also been proposed to produce the assembly by a purely mechanical method by stapling, screwing, interlocking or riveting. However, these assemblies result in much lower heat transfer due to partial and random contact between the two members.

また、融接、すなわち高温で2つの部材間の接合面に圧力をかけることにより2つの部材間に原子相互拡散をもたらすことよって、耐火性アセンブリの2つの部材をアセンブルすることが提案されている。この方法では、温度を最も低い耐火性材料の融点未満に常に維持しなければならない。したがって、この系に液相は存在しない。この種のアセンブリは、一方向に加圧される加圧下で(in a press)、又は静圧室内において実行される。2つの合金同士のアセンブリには融接がよく適しているが、耐火性セラミック材料が存在する場合には、セラミックの構成原子が接合部で極めてわずかしか拡散しないため適さない。しかしながら、拡散溶接では、セラミック材料の孔中への部分的な金属浸透も行われないため、2つの部材間における非常に良好な熱交換、及び非常に良好な機械的固着を得ることが不可能である。   It has also been proposed to assemble the two members of a refractory assembly by bringing about atomic interdiffusion between the two members by fusion welding, i.e., applying pressure to the interface between the two members at an elevated temperature. . In this method, the temperature must always be maintained below the melting point of the lowest refractory material. Therefore, there is no liquid phase in this system. This type of assembly is performed in a press, which is pressurized in one direction, or in a static pressure chamber. Fusion welding is well suited for the assembly of two alloys, but is not suitable when refractory ceramic materials are present because the ceramic constituent atoms diffuse very little at the joint. However, diffusion welding also does not allow partial metal penetration into the pores of the ceramic material, so it is impossible to obtain a very good heat exchange between the two members and a very good mechanical bond. It is.

それゆえ、アセンブリにおける良好な熱伝達及び良好な機械的接着性を保証するために、接合面において多孔質炭素系化合物から成る部材に部分的に浸透することができる液相を使用した方法しか予見され得ない。   Therefore, in order to ensure good heat transfer and good mechanical adhesion in the assembly, only a method using a liquid phase that can partially penetrate the porous carbon-based component at the joining surface is foreseen. Cannot be done.

このために、何種類かの方法では、あらゆる場合において、ろう付け、すなわち、空気中の酸素から遮蔽された状態の(それゆえ10−4mbar未満の高真空中又はアルゴン等の不活性ガス中のいずれかにおける)ろうの溶融を要する反応性ろう付けが使用されている。 To this end, in some cases, in all cases, brazing, ie in a high vacuum of less than 10 −4 mbar or in an inert gas such as argon, shielded from oxygen in the air Reactive brazing that requires melting of the wax (in any of the above) has been used.

したがって、特許文献1は、銅、銀、ニッケル及びアルミニウムから選択される86重量%〜99.5重量%の少なくとも1つの反応性元素と、ろう付け用合金(brazing alloy)としてバナジウム、ニオブ、チタン、ジルコニウム及びケイ素から選択される0.5重量%〜10重量%の元素とから成るろう付合金(brazing alloy)を使用することにより、炭素系化合物を金属材料に接合させることを提案している。この方法では、炭素複合材から成る部材と、金属材料から成る部材との間の接合面にろう付合金を設け、アセンブリ全体を真空中850℃〜980℃の温度で10分間加熱している。   Therefore, Patent Document 1 discloses that 86% to 99.5% by weight of at least one reactive element selected from copper, silver, nickel, and aluminum and vanadium, niobium, and titanium as brazing alloys. It proposes joining carbon-based compounds to metallic materials by using a brazing alloy consisting of 0.5 to 10% by weight of elements selected from zirconium and silicon . In this method, a brazing alloy is provided on a joint surface between a member made of a carbon composite material and a member made of a metal material, and the entire assembly is heated in a vacuum at a temperature of 850 ° C. to 980 ° C. for 10 minutes.

また、チタン又はジルコニウム等の反応性元素をかかる割合で含有することにより、大半のセラミック基材、特にグラファイト又は炭素−炭素複合材等の炭素系セラミックの良好な浸潤を保証する、銀又は銅をベースとした反応性ろう材(brazes)と称されるろう材を使用することが提案されている。   In addition, by containing a reactive element such as titanium or zirconium in such a ratio, silver or copper that guarantees good infiltration of most ceramic substrates, particularly carbon-based ceramics such as graphite or carbon-carbon composites, It has been proposed to use brazing materials called reactive brazes based on them.

しかしながら、反応性ろう付けの主な欠点は、実際には炭素系材料の孔のランダム性に依存する浸透のランダム性である。言い換えると、一般的には、単一接合面において、ほんのわずかしか含浸されない帯域の傍に、ろう付けにより化合物が高度に浸透する帯域が観測され、これにより接合部における空孔(vacancies)がもたらされる可能性がある。この場合、作業中に生じる「ホットスポット(hot spots)」が見込まれることにより熱伝達は依然低いままである。同様に、熱衝撃の場合には炭素系化合物がその支持体から脱離するか又は剥離するリスクを伴い機械的固定が幾分劣ったものとなる。   However, the main drawback of reactive brazing is the randomness of penetration that actually depends on the randomness of the pores of the carbonaceous material. In other words, at a single joint surface, a zone of high penetration of the compound by brazing is observed beside the zone that is only slightly impregnated, which leads to vacancies at the joint. There is a possibility. In this case, heat transfer remains low due to possible “hot spots” that occur during the work. Similarly, in the case of thermal shock, the mechanical fixation is somewhat inferior with the risk that the carbon-based compound will desorb or delaminate from its support.

結果として、この固定が有用な結果をもたらし得るとしても、工業用途を検討する信頼性には欠ける。   As a result, even if this fixation can yield useful results, it is not reliable for considering industrial applications.

この方法を改良するために、特許文献2は、浸透する多孔質材料の表面を加工して、炭素系材料/ろう付け交換の領域を人工的に増大させることを提案している。これは、レーザー加工によって実行し、直径50μm〜500μmの円錐形のホールであり、深さが100μm〜2mmであり且つ穿孔間の間隔が0.25mmである規則的な穿孔を作製するものである。穿孔のこの配列によって、反応性ろう材の浸透の極めて均質な分布を保証することが可能になる。提案されているろう材は一般的に銀及び銅をベースとしたものであり、これらは数パーセントのチタンによって活性化される。提案されている加工表面処理は、反応性ろう材の信頼性の問題を解決するものの、その大規模な使用には、自動化されたとしてもコスト及び作業の実施時間から、問題が依然として残る。   In order to improve this method, U.S. Patent No. 6,057,059 proposes to manipulate the surface of the permeating porous material to artificially increase the area of carbonaceous material / brazing exchange. This is carried out by laser machining and creates regular perforations with conical holes with a diameter of 50 μm to 500 μm, a depth of 100 μm to 2 mm and a spacing between perforations of 0.25 mm. . This arrangement of perforations makes it possible to ensure a very homogeneous distribution of the penetration of the reactive brazing material. Proposed brazing materials are generally based on silver and copper, which are activated by a few percent of titanium. Although the proposed machining surface treatment solves the problem of reliability of reactive brazing filler metal, its large-scale use still remains a problem, even if automated, due to cost and time of operation.

さらに、非特許文献1は、グラッシーカーボン基材又は炭化ケイ素基材上における40原子%のケイ素と60原子%の銅とから成る合金の反応性浸潤を研究している。この論文は、グラッシーカーボン基材上におけるCu−Si系による浸潤が良好であることを示している。   Furthermore, Non-Patent Document 1 studies the reactive infiltration of an alloy composed of 40 atomic% silicon and 60 atomic% copper on a glassy carbon substrate or silicon carbide substrate. This paper shows that the infiltration by the Cu-Si system on the glassy carbon substrate is good.

しかしながら、この浸潤だけでは、多孔質基材の均質な浸透も、炭素/Cu−Si/銅合金接合部の良好な機械的接着性も保証されない。これは、例えば、ろう材の過度に良好な浸潤が、多孔質炭素系基材によるその完全な吸収を促すリスクを負っているためであり、これにより、結果として得られる、銅合金を有するアセンブリが不可能なものとなる。その上、グラッシーカーボンの浸透可能性に関する情報はなく、また実際に、多孔質炭素系材料から成る部材と、銅リッチ金属材料から成る部材とのアセンブリに関する情報もない。   However, this infiltration alone does not guarantee homogeneous penetration of the porous substrate nor good mechanical adhesion of the carbon / Cu—Si / copper alloy joint. This is because, for example, excessively good infiltration of the brazing material carries the risk of promoting its complete absorption by the porous carbon-based substrate, thereby resulting in an assembly with a copper alloy. Is impossible. In addition, there is no information regarding the permeability of glassy carbon, and in fact, there is no information regarding the assembly of a member made of a porous carbon-based material and a member made of a copper-rich metal material.

米国特許第5,340,658号明細書US Pat. No. 5,340,658 米国特許第6,160,090号明細書US Pat. No. 6,160,090

"Mechanisms of reactive wetting: the question of triple line configuration”, Acta Mater. Vol. 45, No. 7, p. 3079-3085, 1997"Mechanisms of reactive wetting: the question of triple line configuration", Acta Mater. Vol. 45, No. 7, p. 3079-3085, 1997

本発明は、工業的に適用可能であると共に、信頼性が高く且つ高価でない方法によって少なくとも2つの部材をアセンブルするために、銅合金を使用することを提案することによって、従来技術分野における方法の欠点を緩和することを目的とする。   The present invention is industrially applicable and proposes the use of a copper alloy to assemble at least two parts by a reliable and inexpensive method. The purpose is to alleviate the drawbacks.

このために、本発明は特に、多孔質炭素系材料中に液相形態で部分的に浸透するろう付合金を使用して、得られる最終的なアセンブリにおける機械的固着及び良好な熱伝達の両方を保証にすることを提案する。   To this end, the present invention uses both a braze alloy that penetrates partially in liquid phase form into a porous carbon-based material, in particular, for both mechanical adhesion and good heat transfer in the resulting final assembly. Propose to guarantee.

本発明で使用されるろう付合金は、25原子%〜60原子%の銅及び75原子%〜40原子%のケイ素を含有し、これは、約12.8wt%〜39.9wt%のSi及び87.2wt%〜60.1wt%のCuに相当し、SiとCuとの原子比の合計は少なくとも95%に相当する。   The braze alloy used in the present invention contains 25 atomic% to 60 atomic% copper and 75 atomic% to 40 atomic% silicon, which includes about 12.8 wt% to 39.9 wt% Si and It corresponds to 87.2 wt% to 60.1 wt% Cu, and the total atomic ratio of Si and Cu corresponds to at least 95%.

使用されるケイ素が少量である場合には、浸潤が極めて劣り、ろう付けの観点から満足のいくものではない。この理由は、低い浸潤により、ろう材によりろう付けされた接合部の充填が芳しくなくなるか又は接合部にホールが生じるためである。良好な浸潤は、ろう付けが成功する十分な条件ではないが、必須のものである。   If a small amount of silicon is used, the infiltration is very poor and not satisfactory from the point of view of brazing. The reason for this is that the low infiltration results in poor filling of the joint brazed with the brazing material or creates holes in the joint. Good infiltration is essential but not sufficient for successful brazing.

反対に、ろう付合金中のケイ素含量が40wt%を超えると、多孔質炭素系化合物の浸透があまり制御されずに、低い品質を有することになる。   On the other hand, when the silicon content in the brazing alloy exceeds 40 wt%, the penetration of the porous carbon-based compound is not well controlled and the quality is low.

本発明において使用される特に好ましい1つのろう付合金は、40原子%のケイ素と60原子%の銅とを含有するろう付合金である。   One particularly preferred brazing alloy for use in the present invention is a brazing alloy containing 40 atomic percent silicon and 60 atomic percent copper.

この合金は、多孔質炭素系材料から成る部材と、銅リッチ材料から成る部材とをアセンブルするのに特に適している。   This alloy is particularly suitable for assembling members made of porous carbon-based materials and members made of copper-rich materials.

本発明で使用されるろう付合金は、多孔質炭素系材料から成る部材の良好な浸潤をもたらすが、驚くべきことに、ケイ素を多量に含有する系の炭素上における良好な浸潤性にもかかわらず、多孔質炭素系材料中への本発明のろう付合金の浸透が依然として遅いことにより、完全に制御される多孔質炭素系基材中へのろう付合金の浸透が可能となるため、とりわけ、多孔質炭素系化合物中へのろう付合金の(孔に関して部分的となるように制御される)均質な浸透を達成することを可能にする。   The braze alloy used in the present invention provides good infiltration of components made of porous carbon-based materials, but surprisingly despite the good infiltration on carbon in systems containing high amounts of silicon. First, the slow penetration of the brazing alloy of the present invention into the porous carbon-based material allows the brazing alloy to penetrate into the fully controlled porous carbon-based substrate. Makes it possible to achieve homogeneous penetration (controlled to be partial with respect to the pores) of the brazing alloy into the porous carbon-based compound.

ろう付合金の浸透のこの完全な制御は、炭素系基材によるその孔におけるろう付合金の完全な消費を防止し、ろう付合金のいくらかが多孔質炭素系材料の表面上にコーティングを形成することを保証する。   This complete control of braze alloy penetration prevents complete consumption of the braze alloy in its pores by the carbon-based substrate, and some of the braze alloy forms a coating on the surface of the porous carbon-based material. Guarantee that.

これは、このろう付合金を多孔質炭素系材料上で溶融した後に、多孔質炭素系材料の表面上におけるろう付合金の100μmの厚さを維持することが可能であるためである。それゆえ、ろう付合金を引き続き使用して、銅リッチ金属材料と実際にアセンブルすることができる。   This is because the brazing alloy can be maintained at a thickness of 100 μm on the surface of the porous carbon-based material after the brazing alloy is melted on the porous carbon-based material. Therefore, the braze alloy can still be used to actually assemble with a copper rich metal material.

また驚くべきことに、反応帯域が非常に薄く、大抵の場合1μm未満であることから、多孔質炭素系材料の浸透の際のろう付合金と炭素との適度な反応性が観測された。しかしながら、Cu−Si系は反応性で知られており、ケイ素は炭素と反応して、炭化ケイ素を合成する。例えば、カーボンファイバを組み込む炭素−炭素複合材の場合、繊維の完全性は浸透帯域でも維持され、ろう付合金と炭素との接触が生じても、カーボンファイバはろう付合金による侵食又は損傷を受けない。   Surprisingly, since the reaction zone is very thin and is generally less than 1 μm, moderate reactivity between the brazing alloy and carbon during the permeation of the porous carbon-based material was observed. However, Cu-Si systems are known for reactivity, and silicon reacts with carbon to synthesize silicon carbide. For example, in the case of carbon-carbon composites that incorporate carbon fibers, fiber integrity is maintained even in the infiltration zone, and even if contact occurs between the braze alloy and carbon, the carbon fiber is eroded or damaged by the braze alloy. Absent.

本発明で使用されるろう付合金は、アルミナるつぼ内において銅及びケイ素を所望の原子比で溶融することにより調製され得る。混合物は、炉内、10−2mbar〜10−5mbarの真空下又は不活性ガス中で10分間〜30分間、1000℃〜1200℃の温度で溶融される。得られた溶融した生成物を冷却した後、冷却された生成物を好ましくは粉砕する。 The braze alloy used in the present invention can be prepared by melting copper and silicon in the desired atomic ratio in an alumina crucible. The mixture is melted in a furnace at a temperature of 1000 ° C. to 1200 ° C. under a vacuum of 10 −2 mbar to 10 −5 mbar or in an inert gas for 10 minutes to 30 minutes. After cooling the resulting molten product, the cooled product is preferably ground.

ろう付合金粉末の粒径が100μm〜500μmである場合に、本発明のろう付合金を使用したときの良好な結果が得られた。   When the particle size of the brazing alloy powder is 100 μm to 500 μm, good results were obtained when the brazing alloy of the present invention was used.

アセンブルされる部材上におけるより実用的且つ均一な塗布のために、この粉末を有機バインダと混合して、広く散布することを可能にする粘稠度を有する本発明によるろう付け用ペーストを得てもよい。好適なバインダは当業者に既知である。かかるバインダの一例は、10体積%〜20体積%の量のNicrobraz Cement(登録商標)650である。   For a more practical and uniform application on the assembled parts, this powder is mixed with an organic binder to obtain a brazing paste according to the invention having a consistency that allows it to be widely spread. Also good. Suitable binders are known to those skilled in the art. An example of such a binder is Microbraz Cement® 650 in an amount of 10% to 20% by volume.

また本発明のろう付合金は、所望のCu及びSiの原子比を得るように商業用Cu−Si合金と必要量のシリコン粉末とをブレンドすることによって、約98%の純度を有するシリコン粉末と、約98%の純度を有する商業用Cu−Si合金とのブレンドから得ることができる。これらの比率は25原子%〜60原子%のケイ素及び75原子%〜40原子%の銅であることが想起される。   The braze alloy of the present invention also comprises a silicon powder having a purity of about 98% by blending a commercial Cu-Si alloy with the required amount of silicon powder to obtain the desired Cu and Si atomic ratio. From a blend with a commercial Cu-Si alloy having a purity of about 98%. It is recalled that these ratios are 25 atomic% to 60 atomic% silicon and 75 atomic% to 40 atomic% copper.

これまでと同様に、次にこのブレンドを炉内で、真空下又は不活性ガス中において上述と同じ温度で同じ時間溶融する。   As before, the blend is then melted in the oven in a vacuum or in an inert gas for the same time at the same temperature as described above.

得られる溶融した生成物を冷却した後、冷却した該生成物を粉砕し、その後、有機バインダとブレンドして、アセンブルする部材の表面上に広く拡げることを可能にする粘稠度を有するペーストを得てもよい。   After cooling the resulting molten product, a paste having a consistency that allows the cooled product to be ground and then blended with an organic binder to spread widely on the surface of the assembling member. May be obtained.

多孔質炭素系材料から成る少なくとも1つの部材と、銅リッチ金属材料から成る少なくとも1つの部材とをアセンブルする方法は、本発明の金属化合金を使用する少なくとも1つの工程を含む。   The method of assembling at least one member made of a porous carbon-based material and at least one member made of a copper-rich metal material includes at least one step using the metallized alloy of the present invention.

より正確には、本発明のろう付合金を、粉末形態又はペースト形態のいずれかで、アセンブルされる多孔質炭素系材料から成る部材の表面に塗布する。この多孔質炭素系材料は予め1300℃〜1400℃の温度で高真空中で脱気させておく。好ましくは、アセンブリ面を、1cm当たり50mg〜500mgの合金量で、最も好ましくは1cm当たり100mg〜400mgの合金量でコーティングする。その後、本発明のろう付合金を溶融させ、多孔質炭素系材料中に浸透させる。このために、多孔質炭素系材料から成る部材を、本発明のろう付合金又は本発明のろう付け用ペーストでアセンブリ面上にコーティングし、真空炉に入れ、本発明のろう付合金が溶融することができる温度に加熱する。 More precisely, the brazing alloy of the present invention is applied to the surface of a member made of a porous carbon-based material to be assembled, either in powder or paste form. This porous carbon-based material is previously deaerated in a high vacuum at a temperature of 1300 ° C. to 1400 ° C. Preferably, the assembly surface, an alloy of 1 cm 2 per 50 mg to 500 mg, and most preferably coated with an alloy of 1 cm 2 per 100Mg~400mg. Thereafter, the brazing alloy of the present invention is melted and infiltrated into the porous carbon-based material. For this purpose, a member made of a porous carbon-based material is coated on the assembly surface with the brazing alloy of the present invention or the brazing paste of the present invention and placed in a vacuum furnace to melt the brazing alloy of the present invention. Heat to a temperature that can.

かかる温度は概して1000℃〜1200℃である。この合金を溶融させるための熱処理時間は30分間〜90分間である。使用される真空は、10−2mbar〜10−5mbarの高真空である。しかしながら、5ppm未満の酸素含量を有するアルゴン等の不活性ガス流を使用してもよい。 Such temperatures are generally 1000 ° C to 1200 ° C. The heat treatment time for melting this alloy is 30 minutes to 90 minutes. The vacuum used is a high vacuum of 10 −2 mbar to 10 −5 mbar. However, an inert gas stream such as argon having an oxygen content of less than 5 ppm may be used.

驚くべきことに、この作業後に、ろう付合金は、完全に制御されるように多孔質炭素系材料から成る部材のアセンブリ面全体にかけて均質に浸透した。観測された多孔質炭素系基材中への浸透は、熱処理の温度及び時間に応じて100μm〜2000μmの厚さを有する表面上のろう付合金膜と併せて、熱処理の温度及び時間に応じて500μm〜1000μmの深さを有する。   Surprisingly, after this operation, the braze alloy penetrated homogeneously over the entire assembly surface of the member made of porous carbon-based material so that it was completely controlled. The observed penetration into the porous carbon-based substrate depends on the temperature and time of the heat treatment, together with the brazing alloy film on the surface having a thickness of 100 μm to 2000 μm, depending on the temperature and time of the heat treatment. It has a depth of 500 μm to 1000 μm.

したがって、本発明の方法の次の工程は、アセンブリ面が溶融したろう合金で被覆される多孔質炭素系材料から成る部材と、銅リッチ金属合金から成る部材との実際のアセンブリを実行することである。このために、ろう付合金で被覆される多孔質炭素系材料から成る部材の表面を軽く研磨した後、銅リッチ金属材料から成る部材のアセンブリ面と接触させる。その後アセンブリ全体を、真空中又は不活性ガス中、銅リッチ金属材料の融点未満且つろう付合金が完全に溶融する温度未満でなければならない温度で加熱する。しかしながら、この温度は、液相が一時的に金属と、炭素系化合物の金属化面との間の接触点に生じ得るように、802℃、すなわち、銅−ケイ素二成分組成図中の最も低い共晶温度より高くなければならない。この作業は「共晶ろう付け」と称される。この第2の熱サイクルの好ましい作業パラメータは、10−2mbar〜10−5mbarの高真空中、又は5ppm未満の酸素含量を有するアルゴン等の不活性ガス流中において850℃〜950℃の処理温度、及び10分間〜30分間の処理時間である。 Therefore, the next step of the method of the present invention is to perform the actual assembly of a member made of a porous carbon-based material whose assembly surface is coated with a molten braze alloy and a member made of a copper rich metal alloy. is there. For this purpose, the surface of the member made of the porous carbon-based material coated with the brazing alloy is lightly polished and then brought into contact with the assembly surface of the member made of the copper-rich metal material. The entire assembly is then heated in vacuum or in an inert gas at a temperature below the melting point of the copper rich metal material and below the temperature at which the braze alloy is completely melted. However, this temperature is 802 ° C., the lowest in the copper-silicon binary composition diagram, so that the liquid phase can temporarily occur at the point of contact between the metal and the metallized surface of the carbon-based compound. Must be higher than the eutectic temperature. This operation is called “eutectic brazing”. Preferred operating parameters for this second thermal cycle are treatment at 850 ° C. to 950 ° C. in a high vacuum of 10 −2 mbar to 10 −5 mbar or in an inert gas stream such as argon having an oxygen content of less than 5 ppm. The temperature and the processing time from 10 to 30 minutes.

2つの部材のアセンブルに対応するこの第2の熱サイクル後に、物体を室温にまで冷却すると、アセンブリが効果的なものとなる。その後最終的には、本発明に従って作製したアセンブリを、機械的な(ねじ留め、リベット打ち)方法によって又は溶接若しくは拡散溶接若しくはろう付けによって、熱交換器又は任意の他のユニットに組み入れることができる。   After this second thermal cycle corresponding to the assembly of the two parts, the assembly is effective when the object is cooled to room temperature. Eventually, an assembly made in accordance with the present invention can then be incorporated into a heat exchanger or any other unit by mechanical (screwing, riveting) methods or by welding or diffusion welding or brazing. .

本発明によって得られるアセンブリは、部材同士を接合させる接合面に、溶融させた本発明によるろう付合金を有する、多孔質炭素系材料から成る部材と、銅リッチ金属材料から成る部材とから成る。本発明のアセンブリ方法は、炭素系基材と銅基材との間に非常に良好な機械的固定及び非常に良好な熱伝達、結果として極限条件下であっても非常に良好な耐熱衝撃性があることを保証する。   The assembly obtained by the present invention is composed of a member made of a porous carbon-based material and a member made of a copper-rich metal material having a molten brazing alloy according to the present invention on a joining surface for joining the members. The assembly method of the present invention results in very good mechanical fixation and very good heat transfer between the carbon-based substrate and the copper substrate, resulting in very good thermal shock resistance even under extreme conditions. Guarantee that there is.

本発明のアセンブリ方法の別の特筆すべき特性は、多孔質炭素系材料の当初の不均質性にもかかわらず多孔質炭素系材料への浸透が均質であることである。これは、炭素−炭素複合材が特に不均質であり、例えば、複数のアレイ状(arrays)の編成されたカーボンファイバに多数の孔がランダムに点在するためである。本発明の方法により得られる浸透は、高密度の繊維を含む帯域におけるか、又は反対により多くの孔がある低密度の繊維を含む帯域におけるかにかかわらず浸透深さが同じであることを示している。   Another notable characteristic of the assembly method of the present invention is that the penetration into the porous carbon-based material is homogeneous despite the initial heterogeneity of the porous carbon-based material. This is because carbon-carbon composites are particularly inhomogeneous, for example, a large number of holes are randomly scattered in an array of knitted carbon fibers. The penetration obtained by the method of the present invention shows that the penetration depth is the same whether in a zone containing high density fibers or vice versa, in a zone containing low density fibers with more pores. ing.

また、本発明の方法によれば、多孔質炭素系材料中への銅の浸透は、アセンブリ面を加工することなく成し遂げられ、これにより、アセンブリ作業のコストが著しく下がる。   Also, according to the method of the present invention, the penetration of copper into the porous carbon-based material is accomplished without machining the assembly surface, thereby significantly reducing the cost of the assembly operation.

最終的に、多孔質炭素系複合材を「金属化」させるろう付合金製剤の特筆すべき利点の1つは、アセンブリを実行する化学元素の数が極めて限定されることである。これにより、高温で発生し多数の金属間化合物の形成を伴って最終的に脆性となる多成分金属系を有しない。実際に、本発明のろう付合金において使用される限定的な(only)化学元素は、炭素、銅及びケイ素である。   Finally, one notable advantage of braze alloy formulations that “metallize” porous carbon-based composites is that the number of chemical elements that perform assembly is very limited. This eliminates the multicomponent metal system that occurs at high temperatures and eventually becomes brittle with the formation of numerous intermetallic compounds. Indeed, the only chemical elements used in the braze alloy of the present invention are carbon, copper and silicon.

本発明のろう付け法及びろう付け用ペーストは、熱工学分野において、特に、約20MW/cmの高い熱フラックスを取り扱うことができる非常に高性能な熱交換器部品のために特に適用可能である。第1の回路と第2の回路との間の交換の時点で、使用温度に耐性があり且つ非常に高い熱伝導性を有する2つの熱回路環境に適する材料を使用することが必須であり、これは炭素系材料及び銅材料に関する事例である。 The brazing method and brazing paste of the present invention are particularly applicable in the field of thermal engineering, especially for very high performance heat exchanger parts capable of handling high heat fluxes of about 20 MW / cm 2. is there. At the time of exchange between the first circuit and the second circuit, it is essential to use materials suitable for two thermal circuit environments that are resistant to the operating temperature and have a very high thermal conductivity, This is an example of carbon materials and copper materials.

このため、炭素系材料が高熱フラックス熱交換器の極限条件に耐性を示すことから、本発明の方法及び合金は、特にプラズマ内のエネルギーを回収するような高熱フラックス熱交換器の製造を特に対象とする。この種の装置の基本原理は、炭素−炭素複合材タイルのパネルから成る防護遮蔽体を用いて熱核反応により得られたプラズマにより放出されるエネルギーを回収することである。一連の銅管を用いて作製される炭素タイル冷却回路を介して熱を回収する。銅管構造体は、金属の温度を適度(1000℃未満)に維持するように、冷却剤を循環させることにより能動的に冷却するものでなければならない。この種のサーマル装置は、トカマク及びトロイダルプラズマ閉込め装置において非常に広範囲に使用され、これらの装置は、プラズマを研究し且つ核融合原理に基づいて稼動する将来的な熱核融合発電所を開発する設備である。   For this reason, since the carbon-based materials are resistant to the extreme conditions of high heat flux heat exchangers, the methods and alloys of the present invention are particularly targeted at the manufacture of high heat flux heat exchangers that recover energy in the plasma. And The basic principle of this type of device is to recover the energy released by the plasma obtained by the thermonuclear reaction using a protective shield consisting of a panel of carbon-carbon composite tiles. Heat is recovered through a carbon tile cooling circuit made using a series of copper tubes. The copper tube structure must be actively cooled by circulating a coolant so that the temperature of the metal is kept moderate (less than 1000 ° C.). This type of thermal equipment is used very extensively in tokamak and toroidal plasma confinement equipment, which develops future thermonuclear power plants that study plasma and operate on the basis of fusion principles It is equipment to do.

このため、本発明はまた、本発明による少なくとも1つのアセンブリを備える装置に関する。   For this reason, the invention also relates to a device comprising at least one assembly according to the invention.

単に本発明の例示として挙げられるが、その限定を示唆するものではない以下の例示的な実施形態を読むことで、本発明はより良く理解され、またその特徴の他の利点がさらに明らかになる。   The present invention will be better understood and other advantages of its features will become more apparent upon reading the following exemplary embodiments, which are given merely as examples of the present invention but are not meant to imply limitations thereof .

実施例1
炭素−炭素複合材/純銅アセンブリの作製
本実施例は、C/C複合材と純銅板とのアセンブリの製造を説明する。
Example 1
Preparation of Carbon-Carbon Composite / Pure Copper Assembly This example illustrates the manufacture of an assembly of a C / C composite and a pure copper plate.

部材の寸法は:
C/C複合材:20×15×8mm
銅:20×15×2mm
であった。
The member dimensions are:
C / C composite: 20 × 15 × 8 mm 3 ;
Copper: 20 x 15 x 2mm 3
Met.

C/C複合材は、カーボンファイバで補強した炭素マトリクス複合材とした(供給業者:SNECMA;材料品番:NB31)。   The C / C composite material was a carbon matrix composite material reinforced with carbon fiber (supplier: SNECMA; material product number: NB31).

C/C複合材を超音波脱脂(有機溶媒)浴内で洗浄した後、乾燥させた。次に複合材を、1420℃1時間10−2mbar〜10−5mbarの真空下における真空熱処理中に脱気した。 The C / C composite material was washed in an ultrasonic degreasing (organic solvent) bath and then dried. The composite was then degassed during vacuum heat treatment under vacuum of 10 −2 mbar to 10 −5 mbar at 1420 ° C. for 1 hour.

銅板を超音波脱脂浴中で洗浄した後に、乾燥させた。   The copper plate was washed in an ultrasonic degreasing bath and then dried.

第1の工程では、60原子%Cu/40原子%Si組成のろう付合金を粉末から製造した。次に合金を有機バインダとブレンドして、ペーストを得た。   In the first step, a brazing alloy having a composition of 60 atomic% Cu / 40 atomic% Si was produced from the powder. The alloy was then blended with an organic binder to obtain a paste.

第2の工程では、ろう付けされるC/C複合材面をこのろう付け用ペーストで被覆した。ろう付けの量は好ましくは800mg〜1000mgであった。   In the second step, the C / C composite surface to be brazed was coated with this brazing paste. The amount of brazing was preferably 800 mg to 1000 mg.

その後、複合材を炉内の支持体(アルミナ又はグラファイトプレート)上に配置し、熱サイクルにかけた。熱処理条件は:
保持温度:1160℃;
保持時間:60分;
雰囲気:高真空
とした。
The composite was then placed on a support (alumina or graphite plate) in the furnace and subjected to thermal cycling. The heat treatment conditions are:
Holding temperature: 1160 ° C;
Retention time: 60 minutes;
Atmosphere: High vacuum.

保持後、冷却は自然冷却とした。   After holding, the cooling was natural cooling.

この処理により:
合金の溶融;
約1.5mmの深さまでの複合材中への合金の浸透;
連続的な合金厚さ(約500μm)による複合材のアセンブリ面のコーティング;及び
炭素と合金との極めて限定的な反応、すなわち、約1μmである反応帯域
がもたらされた。
This process:
Melting of the alloy;
Penetration of the alloy into the composite to a depth of about 1.5 mm;
Coating of the composite assembly surface with a continuous alloy thickness (about 500 μm); and a very limited reaction of carbon with the alloy, ie a reaction zone that was about 1 μm.

第3の工程は、Cu−Si金属化複合材と純銅とをろう付けすることから成った。金属化複合材と銅板とが完全に接触するようにろう付けされる金属化複合材面を軽く研磨した。次に、複合材の金属化面を、ろう付け用ペーストが付与されていない銅板で被覆した。その後、アセンブリ全体を炉内の支持体(アルミナ又はグラファイトプレート)上に配置し、熱サイクルにかけた。熱処理条件は:
保持温度:900℃;
保持温度:15分;
雰囲気:高真空
とした。
The third step consisted of brazing the Cu—Si metallized composite and pure copper. The metallized composite surface that was brazed so that the metallized composite and the copper plate were in full contact was lightly polished. Next, the metallized surface of the composite material was covered with a copper plate to which no brazing paste was applied. The entire assembly was then placed on a support (alumina or graphite plate) in the furnace and subjected to thermal cycling. The heat treatment conditions are:
Holding temperature: 900 ° C;
Holding temperature: 15 minutes;
Atmosphere: High vacuum.

保持後、冷却は自然冷却とした。炉から取り出した後、C/C複合材は純銅板とアセンブルされていた。   After holding, the cooling was natural cooling. After removal from the furnace, the C / C composite was assembled with a pure copper plate.

実施例2
実施例1で得られるアセンブリと、98.97wt%Cu/0.84wt%Cr/0.14wt%Zr組成のCuCrZr合金から成る部材とから成るアセンブリの作製
実施例1で得られたアセンブリをその後CuCrZr合金から成る部材とアセンブルさせた。
Example 2
Preparation of an assembly comprising the assembly obtained in Example 1 and a member made of a 98.97 wt% Cu / 0.84 wt% Cr / 0.14 wt% Zr composition CuCrZr alloy. Assembled with alloy parts.

純銅とアセンブルさせるCuCrZr部材面にニッケルによる電気めっきを施した。次にそれを純銅部材と対向させるように配置した。アセンブリ全体を真空下の金属容器に入れ、これをTIG(タングステン不活性溶接)により密封した。密封容器の密封は、ヘリウム試験を用いて確認した。密封したら、容器をHIP(熱間等静圧圧縮成形)室に配置し、120分間の熱処理:温度:550℃;圧力:400barにかけた。HIPサイクル後に、容器を開封した。得られたものは、CuCrZrと、それ自体がC−C複合材と既に接合している純Cuとのアセンブリであった。   The surface of the CuCrZr member to be assembled with pure copper was electroplated with nickel. Next, it was arranged so as to face the pure copper member. The entire assembly was placed in a metal container under vacuum and sealed with TIG (tungsten inert welding). Sealing of the sealed container was confirmed using a helium test. Once sealed, the container was placed in a HIP (hot isostatic pressing) chamber and subjected to 120 minutes heat treatment: temperature: 550 ° C .; pressure: 400 bar. After the HIP cycle, the container was opened. What was obtained was an assembly of CuCrZr and pure Cu that was itself bonded to the C—C composite.

実施例3
炭素−炭素複合材/CuCrZr合金アセンブリの作製
本実施例は、炭素−炭素複合材と、98.97wt%Cu/0.84wt%Cr/0.14wt%Zr組成のCuCrZr合金のプレートとのアセンブリの製造を説明する。
Example 3
Preparation of Carbon-Carbon Composite / CuCrZr Alloy Assembly This example illustrates the assembly of a carbon-carbon composite and a plate of 98.97 wt% Cu / 0.84 wt% Cr / 0.14 wt% Zr composition CuCrZr alloy. Manufacturing will be described.

部材の寸法は:
炭素−炭素複合材:20×15×8mm
CuCrZr:20×15×10mm
であった。
The member dimensions are:
Carbon-carbon composite material: 20 × 15 × 8 mm 3
CuCrZr: 20 × 15 × 10 mm 3
Met.

炭素−炭素複合材は、カーボンファイバで補強した炭素マトリクス複合材とした(供給業者:SNECMA;材料品番:NB31)。   The carbon-carbon composite was a carbon matrix composite reinforced with carbon fiber (supplier: SNECMA; material product number: NB31).

炭素−炭素複合材を超音波脱脂(有機溶媒)浴内で洗浄した後、乾燥させた。次に複合材を、1420℃1時間10−2mbar〜10−5mbarの真空下における真空熱処理中に脱気した。 The carbon-carbon composite material was washed in an ultrasonic degreasing (organic solvent) bath and then dried. The composite was then degassed during vacuum heat treatment under vacuum of 10 −2 mbar to 10 −5 mbar at 1420 ° C. for 1 hour.

CuCrZr板を超音波脱脂浴中で洗浄した後、乾燥させた。   The CuCrZr plate was washed in an ultrasonic degreasing bath and then dried.

第1の工程では、60原子%Cu/40原子%Si組成のろう付合金を粉末から製造した。次に合金を有機バインダとブレンドして、ペーストを得た。   In the first step, a brazing alloy having a composition of 60 atomic% Cu / 40 atomic% Si was produced from the powder. The alloy was then blended with an organic binder to obtain a paste.

第2の工程では、ろう付けされる炭素−炭素複合材面をこのろう付け用ペーストで被覆した。ろう付けの量は好ましくは800mg〜1000mgであった。   In the second step, the carbon-carbon composite surface to be brazed was coated with this brazing paste. The amount of brazing was preferably 800 mg to 1000 mg.

その後、複合材を炉内の支持体(アルミナ又はグラファイトプレート)上に配置し、熱サイクルにかけた。熱処理条件は:
保持温度:1160℃;
保持時間:60分;
雰囲気:高真空
とした。
The composite was then placed on a support (alumina or graphite plate) in the furnace and subjected to thermal cycling. The heat treatment conditions are:
Holding temperature: 1160 ° C;
Retention time: 60 minutes;
Atmosphere: High vacuum.

保持後、冷却は自然冷却とした。   After holding, the cooling was natural cooling.

この処理により:
合金の溶融;
約1.5mmの深さにわたる複合材中への合金の浸透;
連続的な合金厚さ(約500μm)による複合材のアセンブリ面のコーティング;及び
炭素と合金との極めて限定的な反応、すなわち、約1μmである反応帯域
がもたらされた。
This process:
Melting of the alloy;
Penetration of the alloy into the composite over a depth of about 1.5 mm;
Coating the assembly surface of the composite with a continuous alloy thickness (about 500 μm); and a very limited reaction between carbon and the alloy, ie a reaction zone that was about 1 μm.

第3の工程は、Cu−Si金属化複合材とCuCrZrとをろう付けすることから成った。金属化複合材と銅板とが完全に接触するようにろう付けされる金属化複合材面を軽く研磨した。次に、複合材の金属化面を、ろう付け用ペーストが付与されていないCuCrZr板で被覆した。その後、アセンブリ全体を炉内の支持体(アルミナ又はグラファイトプレート)上に配置し、熱サイクルにかけた。熱処理条件は:
保持温度:900℃;
保持時間:15分;
雰囲気:高真空
とした。
The third step consisted of brazing the Cu—Si metallized composite and CuCrZr. The metallized composite surface that was brazed so that the metallized composite and the copper plate were in full contact was lightly polished. Next, the metallized surface of the composite material was covered with a CuCrZr plate to which no brazing paste was applied. The entire assembly was then placed on a support (alumina or graphite plate) in the furnace and subjected to thermal cycling. The heat treatment conditions are:
Holding temperature: 900 ° C;
Retention time: 15 minutes;
Atmosphere: High vacuum.

保持後、冷却は自然冷却とした。炉から取り出した後、炭素−炭素複合材はCuCrZr板とアセンブルされていた。   After holding, the cooling was natural cooling. After removal from the furnace, the carbon-carbon composite was assembled with a CuCrZr plate.

実施例4
本発明の方法によって本発明の合金により得られるアセンブリの耐熱衝撃性試験
実施例1及び実施例2に記載されるプロトコルに従って作製されるC/C/Cu−CrCrZr接合部の機械強度を試験するために熱衝撃実験プロトコルを用いた。
Example 4
Thermal shock resistance testing of assemblies obtained with the inventive alloys by the method of the present invention To test the mechanical strength of C / C / Cu-CrCrZr joints made according to the protocol described in Examples 1 and 2 The thermal shock experimental protocol was used.

このプロトコルは、C/C/Cu−CuCrZrアセンブリをアルゴン中で20℃から450℃に加熱し、その後、それらを水冷にかける(試験片を入れたバスケットを水中に放ち沈めた)ことから成るものとした。この処理を各試験片に対して30回繰り返した。10サイクル後に、外観検査を行った。4つの全く同様に作製された試験片(プロトコル1、さらにプロトコル2)に対する30回の熱衝撃後に接合部の破裂は観察されなかった。   This protocol consists of heating the C / C / Cu—CuCrZr assemblies in argon from 20 ° C. to 450 ° C. and then subjecting them to water cooling (the basket containing the specimens was allowed to sink into the water). It was. This process was repeated 30 times for each specimen. After 10 cycles, an appearance inspection was performed. No joint rupture was observed after 30 thermal shocks on 4 identically made specimens (Protocol 1, then Protocol 2).

実施例5
実施例1で得られるアセンブリと、Al酸化物分散により硬化された、Cu/0.25wt%Al/0.2wt%O/0.025wt%B組成を有するODS(酸化物分散強化型)Cu合金とから成るアセンブリの作製
実施例1で得られるアセンブリをその後、寸法20×15×10mmを有するODS Cu合金(0.25wt%Al/0.2wt%O/0.025wt%B)から成る部材とアセンブルさせた。この部材は脱脂浴中で洗浄した後、乾燥させた。
Example 5
The assembly obtained in Example 1 and an ODS (Oxide Dispersion Strengthened Type) composition with Cu / 0.25 wt% Al / 0.2 wt% O / 0.025 wt% B cured by Al 2 O 3 oxide dispersion. ) Preparation of an assembly consisting of Cu alloy The assembly obtained in Example 1 is then converted to an ODS Cu alloy (0.25 wt% Al / 0.2 wt% O / 0.025 wt% B) with dimensions 20 × 15 × 10 mm 3. Assembled with a member consisting of This member was washed in a degreasing bath and then dried.

実施例1で得られる純Cu部材面を、60原子%Cu/40原子%Si組成を有するろう付け用ペーストで被覆した。ろう付けの量は100mgとした。ODS Cu部材のアセンブリ面を、Cu部材のろう材被覆面上に配置した。アセンブリ全体を炉内の支持体(アルミナ又はグラファイトプレート)上に配置し、熱サイクルにかけた。熱処理条件は:
保持温度:900℃;
保持時間:15分;
雰囲気:高真空
とした。
The pure Cu member surface obtained in Example 1 was coated with a brazing paste having a composition of 60 atomic% Cu / 40 atomic% Si. The amount of brazing was 100 mg. The assembly surface of the ODS Cu member was placed on the brazing material coating surface of the Cu member. The entire assembly was placed on a support (alumina or graphite plate) in the furnace and subjected to thermal cycling. The heat treatment conditions are:
Holding temperature: 900 ° C;
Retention time: 15 minutes;
Atmosphere: High vacuum.

保持後、冷却は自然冷却とした。炉から取り出した時点で、ODS Cu部材は、それ自体が既にC/C複合材とアセンブルされている純Cu部材とアセンブルされていた。すなわち、C/C−Cu−ODSCuアセンブリが得られた。   After holding, the cooling was natural cooling. At the time of removal from the furnace, the ODS Cu member was assembled with a pure Cu member that was itself assembled with a C / C composite. That is, a C / C-Cu-ODSCu assembly was obtained.

実施例6
炭素−炭素複合材と、Al酸化物分散により硬化された、Cu/0.25wt%Al/0.2wt%O/0.025wt%B組成を有するODS Cu合金部材とのアセンブリの作製
部材の寸法は:
炭素−炭素複合材:20×15×8mm
ODSCu:20×15×10mm
であった。
Example 6
Fabrication of an assembly of a carbon-carbon composite and an ODS Cu alloy member having a Cu / 0.25 wt% Al / 0.2 wt% O / 0.025 wt% B composition cured by Al 2 O 3 oxide dispersion The member dimensions are:
Carbon-carbon composite: 20 × 15 × 8 mm 3 ;
ODSCu: 20 × 15 × 10 mm 3
Met.

炭素−炭素複合材は、カーボンファイバで補強した炭素マトリクス複合材であった(供給業者:SNECMA;材料品番:NB31)。   The carbon-carbon composite was a carbon matrix composite reinforced with carbon fibers (supplier: SNECMA; material product number: NB31).

炭素−炭素複合材部材を超音波脱脂(有機溶媒)浴中で洗浄した後、乾燥させた。次に炭素−炭素複合材部材を、1420℃1時間10−2mbar〜10−5mbarの真空下における真空熱処理中に脱気した。 The carbon-carbon composite member was washed in an ultrasonic degreasing (organic solvent) bath and then dried. The carbon-carbon composite member was then degassed during vacuum heat treatment under vacuum at 10 −2 mbar to 10 −5 mbar at 1420 ° C. for 1 hour.

ODS銅板を超音波脱脂浴中で洗浄した後、乾燥させた。   The ODS copper plate was washed in an ultrasonic degreasing bath and then dried.

第1の工程では、60原子%Cu/40原子%Si組成のろう付合金を粉末から製造した。次に合金を有機バインダとブレンドして、ペーストを得た。   In the first step, a brazing alloy having a composition of 60 atomic% Cu / 40 atomic% Si was produced from the powder. The alloy was then blended with an organic binder to obtain a paste.

第2の工程では、ろう付けされる炭素−炭素複合材面をこのろう付け用ペーストで被覆した。ろう付けの量は好ましくは100mg/cm〜400mg/cmであった。 In the second step, the carbon-carbon composite surface to be brazed was coated with this brazing paste. The amount of braze preferably was 100mg / cm 2 ~400mg / cm 2 .

その後、複合材を炉内の支持体(アルミナ又はグラファイトプレート)上に配置し、熱サイクルにかけた。熱処理条件は:
保持温度:1160℃;
保持時間:60分;
雰囲気:高真空
とした。
The composite was then placed on a support (alumina or graphite plate) in the furnace and subjected to thermal cycling. The heat treatment conditions are:
Holding temperature: 1160 ° C;
Retention time: 60 minutes;
Atmosphere: High vacuum.

保持後、冷却は自然冷却とした。   After holding, the cooling was natural cooling.

この処理により:
ろう付合金の溶融;
約1.5mmの深さまでの複合材中へのろう付合金の浸透;
連続的なろう付合金厚さ(約500μm)による複合材のアセンブリ面のコーティング;及び
炭素とろう付合金との極めて限定的な反応、すなわち、約1μmである反応帯域
がもたらされた。
This process:
Melting of brazing alloy;
Penetration of the braze alloy into the composite to a depth of about 1.5 mm;
Coating the assembly surface of the composite with a continuous braze alloy thickness (about 500 μm); and a very limited reaction between carbon and the braze alloy, ie a reaction zone of about 1 μm.

第3の工程は、Cu−Si金属化複合材部材とODS銅部材とをろう付けすることから成った。金属化複合材(ろう付合金の層)とODS銅板とが完全に接触するように、ろう付けされる金属化複合材面を軽く研磨した。複合材の金属化面を、ろう付け用ペーストが付与されていないODS銅板で被覆した。その後、アセンブリ全体を炉内の支持体(アルミナ又はグラファイトプレート)上に配置し、熱サイクルにかけた。熱処理条件は:
保持温度:900℃;
保持時間:15分;
雰囲気:高真空
とした。
The third step consisted of brazing the Cu-Si metallized composite member and the ODS copper member. The metallized composite surface to be brazed was lightly polished so that the metallized composite (brazing alloy layer) and the ODS copper plate were in complete contact. The metallized surface of the composite was coated with an ODS copper plate to which no brazing paste was applied. The entire assembly was then placed on a support (alumina or graphite plate) in the furnace and subjected to thermal cycling. The heat treatment conditions are:
Holding temperature: 900 ° C;
Retention time: 15 minutes;
Atmosphere: High vacuum.

保持後、冷却は自然冷却とした。炉から取り出した時点で、炭素−炭素複合材部材はODS銅板とアセンブルされていた。   After holding, the cooling was natural cooling. At the time of removal from the furnace, the carbon-carbon composite member was assembled with the ODS copper plate.

実施例7
耐熱衝撃性試験
実施例3、実施例5及び実施例6において作製されるアセンブリに実施例4に記載されている同一のプロトコルを実行した。この試験後に破裂は観察されなかった。
Example 7
Thermal Shock Resistance Test The same protocol described in Example 4 was performed on the assemblies made in Example 3, Example 5 and Example 6. No bursting was observed after this test.

上記実施例には、多孔質炭素系材料から成る部材と、銅リッチ材料から成る部材とをアセンブルするのに特に適切であるような、本発明の方法、ろう付合金の使用及びろう付け用ペーストの使用が記載されているが、本発明はかかる部材に決して限定されない。   The above examples include the method of the present invention, the use of a brazing alloy and a brazing paste that are particularly suitable for assembling a member made of a porous carbon-based material and a member made of a copper-rich material. However, the present invention is in no way limited to such components.

Claims (8)

多孔質炭素系材料から成る少なくとも1つの部材と、銅リッチ金属材料から成る少なくとも1つの部材から成る部材とのアセンブリのための、下記式:
CuSi
(式中、x及びyは、25≦x≦60、40≦y<75及びx+y≧95%である原子比である)
を有する、銅及びケイ素をベースとした合金の使用。
For the assembly of at least one member made of a porous carbon-based material and a member made of at least one member made of a copper-rich metal material, the following formula:
Cu x Si y
(Wherein x and y are atomic ratios such that 25 ≦ x ≦ 60, 40 ≦ y <75 and x + y ≧ 95%)
Use of an alloy based on copper and silicon having
式中、x=60及びy=40であることを特徴とする、請求項1に記載の合金の使用。   Use of an alloy according to claim 1, characterized in that x = 60 and y = 40. 下記式:
CuSi
(式中、x及びyは、25≦x≦60、40<y≦75及びx+y=95%である原子比である)
を有する、粉末形態のろう付合金(brazing alloy)と、無機バインダとのブレンドから成ることを特徴とする、ろう付け用ペースト。
Following formula:
Cu x Si y
(Wherein x and y are atomic ratios such that 25 ≦ x ≦ 60, 40 <y ≦ 75 and x + y = 95%)
A brazing paste characterized in that it comprises a blend of a brazing alloy in powder form with an inorganic binder.
多孔質炭素系材料から成る少なくとも1つの部材と、銅リッチ金属材料から成る少なくとも1つの部材とをアセンブルする方法であって、
a)ろう付合金の量が50mg/cm〜500mg/cmであるような、前記多孔質炭素系材料から成る少なくとも1つの部材のアセンブリ面上における、下記式:
CuSi
(式中、x及びyは、25≦x≦60、40≦y≦75及びx+y≧95%である原子比である)
を有する、銅及びケイ素をベースとした合金の堆積工程、又は請求項3に記載のろう付け用ペーストの堆積工程と、
b)前記合金又は前記ペーストを溶融するような、真空中又は不活性雰囲気中における工程a)で得られるアセンブリ(assembly)全体の加熱工程と、
c)工程b)で得られるアセンブリ全体と、前記多孔質炭素系材料から成る少なくとも1つの部材のアセンブリ面との接触工程と、
d)前記銅リッチ金属材料から成る少なくとも1つの部材の融点未満且つ前記合金又は前記ペーストの融点未満の温度における、真空中又は不活性雰囲気中における、工程c)で得られるアセンブリ全体の加熱工程と、
を含むことを特徴とする、多孔質炭素系材料から成る少なくとも1つの部材と、銅リッチ金属材料から成る少なくとも1つの部材とをアセンブルする方法。
A method of assembling at least one member made of a porous carbon-based material and at least one member made of a copper-rich metal material,
a) The amount of brazing alloy such that 50mg / cm 2 ~500mg / cm 2 , on the assembly surface of at least one member made of the porous carbon-based material, the following formula:
Cu x Si y
(Wherein x and y are atomic ratios such that 25 ≦ x ≦ 60, 40 ≦ y ≦ 75 and x + y ≧ 95%)
Depositing a copper and silicon based alloy, or depositing a brazing paste according to claim 3;
b) heating the entire assembly obtained in step a) in a vacuum or in an inert atmosphere so as to melt the alloy or the paste;
c) contacting the entire assembly obtained in step b) with the assembly surface of at least one member comprising the porous carbon-based material;
d) heating the entire assembly obtained in step c) in a vacuum or in an inert atmosphere at a temperature below the melting point of at least one member of the copper-rich metal material and below the melting point of the alloy or the paste; ,
A method for assembling at least one member made of a porous carbon-based material and at least one member made of a copper-rich metal material.
工程d)の加熱温度が802℃を超えることを特徴とする、請求項4に記載のアセンブリ方法。   The assembly method according to claim 4, characterized in that the heating temperature of step d) exceeds 802 ° C. 工程c)を、1000℃〜1200℃の温度で30分間〜90分間、真空中又はアルゴン雰囲気中において実行し、且つ工程d)を、850℃〜950℃の温度で10分間〜30分間、真空中又はアルゴン流中において実行することを特徴とする、請求項5に記載のアセンブリ方法。   Step c) is performed at a temperature of 1000 ° C. to 1200 ° C. for 30 minutes to 90 minutes in a vacuum or argon atmosphere, and step d) is performed at a temperature of 850 ° C. to 950 ° C. for 10 minutes to 30 minutes. 6. Assembly method according to claim 5, characterized in that it is carried out in a flow of argon or argon. アセンブリであって、接合面に、下記式:
CuSi
(式中、x及びyは、25≦x≦60、40≦y≦75及びx+y≧95%である原子比である)
を有する溶融及び固化された銅合金の層を有する、多孔質炭素系材料から成る少なくとも1つの部材と、銅リッチ金属材料から成る少なくとも1つの部材とから成ることを特徴とする、アセンブリ。
The assembly has the following formula:
Cu x Si y
(Wherein x and y are atomic ratios such that 25 ≦ x ≦ 60, 40 ≦ y ≦ 75 and x + y ≧ 95%)
An assembly comprising at least one member made of a porous carbon-based material and at least one member made of a copper-rich metal material having a layer of a molten and solidified copper alloy having:
請求項7に記載の少なくとも1つのアセンブリを備える装置。   8. An apparatus comprising at least one assembly according to claim 7.
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